6. 低環境溫度熱泵替代制冷劑開發-劉宇飛.pdf

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1、浙江巨化新材料研究院有限公司低環境溫度熱泵替代制冷劑開發單位：浙江巨化新材料研究院有限公司報告人：劉宇飛 主任/研究員/博士JXL系列第一屆制冷節能降碳與制冷劑替代技術發展會議1浙江巨化新材料研究院有限公司2研發背景（1/4）2021年4月16日，我國正式接受基加利修正案2022配額基準年，2024年基線管控，至2029年削減10%，2035年削減30%，2040年削減50%基加利修正案HFCs削減時間表生物醫療低溫存儲市場環保替代制冷劑開發符合國家和巨化集團“綠色化發展”發展戰略疫苗冷鏈設備包括疫苗冰箱、疫苗冷庫，以及保溫箱、冷藏車等疫苗運輸設備，作為高端醫療科技產品在后疫情時代，迎來爆發式

2、增長。浙江巨化新材料研究院有限公司研發背景（2/4）原子構成數6個9個12個化學性質不穩定（與化學性質穩定的物質混配）單一物質不易使用相對化學性質穩定單一物質較易使用R1123GWP=0.005大氣壽命1.4天R1336mzz(Z)GWP=2.08大氣壽命27天R1234yfGWP=0.501大氣壽命12天R1132aGWP=0.052大氣壽命4.7天R245faGWP=962大氣壽命7.7年R32GWP=771大氣壽命5.4年R134aGWP=1530大氣壽命14年R23GWP=14600大氣壽命228年HFOs低溫工況 空調工況車用空調余熱利用 (100)80 40535 54510020

3、0HFCs“引入CC雙鍵，其sp2雜化軌道上的氫鍵與官能團置換后，鍵的結合力相對較弱，在平流層中被活性 OH置換后，與O2等加成反應為CO2和HF?！眻D HFOs分子模型（乙炔）3浙江巨化新材料研究院有限公司44研發背景（3/4）項目制冷劑R404AR407CR410AR134aR744分類HFC混合物HFC混合物HFC混合物HFC自然制冷劑GWP*39201770209014301ODP00000蒸發溫度段冷凍-45-20冷藏高溫*注：GWP數值引用 IPCC（聯合國政府間氣候變化專門委員會）AR5 報告手冊圖 不同制冷劑的蒸發溫度使用范圍Evaporation temperature ra

4、nge of the refrigerants表 中低溫段的主要制冷劑Main refrigerants for condensing unitsJXL已替代R404A設計，蒸發溫度范圍在-45-5浙江巨化新材料研究院有限公司55研發背景（4/4）項目現行制冷劑替代制冷劑HFC系列HFC系列HFO系列R404AR407CR410AJXL-02JXL-03R448AR449A組成（wt%）R1234yf-20.025.3R1234ze(E)-7.0-R134a4.052.0-21.025.7R32-23.050.026.024.3R12544.025.050.026.024.7R143a52.0

5、-ODP0000000GWP3920177020902480145013861396安全等級A1A1A2LA1A1A1A1物性冷凝壓力(kPa)205218632730R448A,R449A相當20071986蒸發壓力(kPa)513416679R448A,R449A相當465461排氣溫度(C)718290758080制冷量(kJ/m3)268126053794R448A,R449A相當27732741理論COP3.723.963.76R448A,R449A相當3.903.90蒸發器溫度滑移(K)0.374.220.0724K4.003.60表 現行與替代制冷劑的特性Characterist

6、ics of convectional and alternative refrigerants使用REFPROP（Reference Fluid Thermodynamic and Transport Properties Database）Ver.10.0的理論計算結果。計算條件：平均冷凝溫度45，冷凝器出口過冷度0 K；平均蒸發溫度5，壓縮機吸氣溫度18。浙江巨化新材料研究院有限公司研發基礎（1/2）6浙江巨化新材料研究院有限公司研發基礎（2/2）研發團隊，實驗室研究實力為環保制冷劑的研發提供保障物性模擬7浙江巨化新材料研究院有限公司制冷劑安全等級表 可燃性制冷劑分類Table Flam

7、mability classification of refrigerants可燃性分類分類標準典型制冷劑A1（不燃）在 60、101.3kPa 條件的實驗條件下，不會形成火焰傳播R11、R12、R22、R125A2（可燃）在 60、101.3kPa 條件的實驗條件下，會形成火焰傳播；爆炸下限0.1 kg/m3且燃燒熱19000 kJ/kgR152a、R142bA2L（微可燃）滿足 A2 類的要求，且燃燒速度10 cm/sR32、R143a、R1234yfA3（易燃）會形成火焰傳播；爆炸下限0.1 kg/m3或燃燒熱19000 kJ/kgR290、R600a、R12708浙江巨化新材料研究院有

8、限公司泄漏測試泄漏實驗序號充注量（WCF）溫度（ASHRAE 標準34）儲存/運輸情況下泄漏1滿倉（最大液相充注量）90%54.42-40或泡點+10中更高溫度點3-36.154.4中的WCFF，若無WCFF，23設備中泄漏4滿倉（最大液相充注量）15%605-40或泡點+10中更高溫度點6-36.154.4中的WCFF，若無WCFF，23反復充注泄漏實驗7滿倉（最大液相充注量）15%23注：混有R32、R1234yf等的制冷劑，由于R32燃燒下限高，燃燒速率高；而R1234yf燃燒下限低，燃燒速率低。有可能存在燃燒極限和燃燒速率兩個WCFF。物質LFL vol%23,50%RHUFL vol

9、%35,0%RHBV cm/sR3214.429.31.20.3R1234yf6.212.06.7表 泄漏場景Table The leakage scenarios9浙江巨化新材料研究院有限公司10燃爆測試序號項目參數1爆炸容器內部容積12 L4點火額定電壓15 kV5點火額定電流30 mA6火花持續時間0.4 s7電極間距6.4 mm8實驗溫度60 C9實驗壓力1 bar燃爆試驗依據ASTM E681，ASHRAE 34 Standard執行表 12L球爆炸實驗裝置的技術參數Table Technical parameters of 12 L ball explosion experimen

10、tal device圖 12L燒瓶火焰傳播裝置Fig.12L Flask Flame Propagation火焰傳播浙江巨化新材料研究院有限公司燃爆測試vol%：8vol%：10vol%：12vol%：13vol%：15vol%：17依據ASTM E681標準進行FL6000測試。在最佳空氣比例范圍8.017.0 vol%進行燃燒實驗()()()()()()()222reactantsproducts1combustionC H FO42 O2 COHF+2 COFmixtureComponent reactantsproductsabcdnfififfacbdacbbcbhm hihhh=+

11、=制冷劑混合物的反應化學計量（燃燒熱hcombustion）11浙江巨化新材料研究院有限公司12兼容性測試12 NO.1/21d 90 NO.2/14d 175 NO.3/14d 175 NO.4/14d 175 NO.5/14d 175 NO.6/14d 175 JXL、POE、材料兼容性測試JXL與現有POE、壓縮機等內部材料兼容性良好依據 ANSI/ASHRAE Standard 97-2017 中的玻璃管封裝方法執行。浙江巨化新材料研究院有限公司13直接替換測試（1/2）13空載，定環境溫度為30，變冰箱中間溫度，簡稱箱體溫度箱體溫度/降溫時間/min耗電量/kWh冷凝壓力/MPa穩定

12、1h耗電量JXLR404AJXLR404AJXLR404AJXLR404A-2015.316.01.111.281.501.50-3020.021.31.431.611.491.48-3523.324.31.641.821.491.49-4028.027.31.932.111.501.50-4539.043.32.653.131.511.493.854.35 低溫冷凍冰箱性能測試低溫冷凍箱GY-6550浙江巨化新材料研究院有限公司1414設備顯示溫度/降溫時間/min耗電量/kWh冷凝壓力/MPa穩定1h耗電量JXLR404AJXLR404AJXLR404AJXLR404A-207.77.70

13、.600.621.501.49-301112.70.840.961.511.51-351415.71.041.131.481.49-4019.721.01.431.521.501.49-4526.328.01.902.041.491.484.064.25直接替換測試（2/2）JXL較R404A，降溫時間縮短5%-10%，節能5%-15%含負載，定環境溫度為30，變設備顯示溫度，測量點為蒸發器出風口溫度 低溫冷凍冰箱性能測試低溫冷凍箱GY-6550浙江巨化新材料研究院有限公司結論1.JXL是一款既能靈活應對制冷劑轉換過渡期，又能滿足市場對低GWP和低運行成本要求的R404A替代產品。2.對JXL進行了嚴格安全等級測試，確定為A1。3.低全球升溫潛能值制冷劑的機型陣容將逐步擴大到室外中型區域（3.75 至 6.0 千瓦級別）和室內安裝區域4.巨化集團將持續推出符合中國國情的低GWP制冷劑替代方案，并將承擔“含氟新材料”領域國產化替代在中低溫度段，開發了可替代R404A的低GWP制冷劑，同時通過配方優化在不更換設備情況下，提升制冷效率最高達15%。JXL系列感謝傾聽！15